§ 27. Сварка трением

Для сварки трением используют преобразование механической энергии в тепловую, осуществляемое при взаимном перемещении свариваемых поверхностей. Работа сил трения, превращающаяся в теплоту, интенсивно нагревает трущиеся поверхности. Сварива­емые детали нагреваются до пластического состояния, после чего их сжимают осевыми усилиями. Так в большинстве случаев свари­вают встык детали круглого сечения, например трубы, стержни, некоторые режущие инструметы (сверла, метчики, развертки, концевые фрезы и пр.), изготовляемые из однородных и разнород­ных металлов, а также из различных пластмасс.

Для сварки трением используют переоборудованные токарные, сверлильные и прочие металлорежущие станки, а также специали­зированные сварочные машины типа МСТ-23, МСТ-35 и МСТ-41

мощностью 10, 20 и 40 кВт. Тре­ние поверхностей осуществляют .вращением или возвратно-посту­пательным перемещением сьари- ваемых деталей по одной из схем, приведенных на рис. V.31.

Рис. V.31. Основные схемы сварки трением

Давление осадки не превышает 25 МПа при сварке легких и пластичных металлов и 250 МПа при сварке наиболее твердых металлов.

По производительности сварка трением не уступает контактной сварке оплавлением, а экономически она даже выгоднее ее, так как в этом случае потребляемая мощность в 5... 10 раз меньше, чем при контактной сварке. Способ сварки трением прост, легко подда­ется автоматизации и программному управлению.

§ 28. Лазерная сварка

Р'ис. V.32. Схе­ма лазерной сварки

При лазерной сварке источником тепловой энергии служит мощный сконцентрированный световой луч, получаемый в специ­альных установках, называемых лазерами. В настоящее время основное применение имеют рубиновые лазеры с искусственным рубином, содержащим окскд алюминия (А1₂0₃) и небольшую до­бавку оксида хрома (Сг,,0₃). Такой лазер состоит из цилиндриче­ского рубинового стержня 1 (рис. V.32), ксеноновой лампы 2, линзы 4 и охлаждающей системы 3. Торцы стержня отполированы и посеребрены. Один, служащий для выхода наружу светового луча, частично прозрачен. При вспышке ксеноновой лампы, питаемой разрядным током конденсаторов, атомы хрома рубинового кристал­ла переходят из нормального в возбужденное состояние. Однако через несколько миллисекунд они снова возвращаются в исходное состояние, беспорядочно излучая фотоны красного света. Поток их вдоль оси стержня вызывает излучение новых фотонов, которые попеременно отражаются от зеркальных торцовых граней, увеличи­вая этим интенсивность общего излучения. При накоплении определенного уровня фотонов они в виде потока красного света прорываются через полупрозрачный торец стержня наружу. Пройдя через линзу 4, сфокусированный пучок 5 попа­дает на изделие 6. Продолжительность импульса излучения лазерного пучка равна тысячным и миллионным долям секунды.

Лазерной сваркой можно сваривать различные металлы толщиной до 0,5 мм. Его применяют также для получения отверстий в твердых спла­вах, тугоплавких металлах, алмазах, рубинах и др.

§ 29. Плазменно-дуговая сварка

Электронной плазмой называют сильно ионизированный газ, состоящий из нейтральных атомов и молекул, ионов и электронов. Для получения плазменной дуги соосно столбу дуги, горящей меж­ду катодом и анодом, в узком канале водоохлаждаемого медного сопла 3 специальной плазменной горелки (рис. V.33) пропускают поток газа. При увеличении тока столб дуги в ограниченном стен­ками канала сопле горелки расширяться не может, поэтому за счет его сжатия, а также сжатия газовым потоком температура столба дуги и степень ионизации газа резко повышаются. Практически почти весь газ, проходящий сквозь столб сжатой дуги, ионизирует­ся и превращается в плазму.

Различают плазменную дугу прямого и косвенного действия. Дуга 4 прямого действия (рис. V.33,a) горит между вольфрамовым электродом 1 (катодом) и изделием 5 (анодом). Температура такой дуги достигает 20 ООО...30 ООО °С.

Дуга косвенного действия (рис. V.33,6) горит между вольфра­мовым электродом 1 и медным соплом 3 горелки. Давлением потока газа ионизированный газовый поток выдувается из сопла горелки в виде яркого концентрированного пламени 4. Его температура до­стигает 15 ООО °G и выше. Ток к вольфрамовому электроду подводят через мундштук 2, а к корпусу горелки — вблизи сопла. В каче­стве плазмообразующего газа для сварки используют главным об­разом аргон. Плазменной дугой сваривают углеродистые и нержа­веющие стали, тугоплавкие и цветные металлы, а также неметалли­ческие материалы толщиной от нескольких десятков микрометров и больше.